評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置及方法，包括支架、密封水箱、水池、步進(jìn)電機(jī)、扭矩信號(hào)耦合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸，密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號(hào)耦合器相連，步進(jìn)電機(jī)連接扭矩信號(hào)耦合器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一空心水軸旋轉(zhuǎn)，第一空心水軸通過(guò)配水環(huán)與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過(guò)第一管路相連通，水池與密封水箱通過(guò)第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體。本發(fā)明采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型旋轉(zhuǎn)，利用扭矩信號(hào)耦合器測(cè)量旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型所受到的流體摩擦阻力，測(cè)試原理簡(jiǎn)單直觀，測(cè)試結(jié)果可靠。
【專利說(shuō)明】評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種試驗(yàn)裝置及方法，具體地說(shuō)是測(cè)試流體對(duì)不同表面結(jié)構(gòu)摩擦阻力的試驗(yàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)輸工具在水中行進(jìn)時(shí)的主要能耗是用來(lái)克服行進(jìn)阻力，因此進(jìn)行阻力分析和減小阻力，對(duì)于節(jié)約能源、改善工作狀況，提高工作效能具有重要意義。為了評(píng)估仿生射流表面的減阻特性，在旋轉(zhuǎn)圓盤上應(yīng)用仿生射流減阻技術(shù)，加工出仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型，通過(guò)與光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型進(jìn)行對(duì)比來(lái)衡量仿生射流表面的減阻效果。
[0003]目前，評(píng)估仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置較少，且多集中在旋轉(zhuǎn)射流測(cè)試方法，如專利號(hào)為:201110089369.0，名稱為“評(píng)估仿生非光滑表面及仿生射流表面減阻效果的試驗(yàn)裝置”和專利號(hào)為:201120070969.8，名稱為“一種對(duì)摩擦阻力測(cè)試的試驗(yàn)裝置”，通過(guò)筒體的旋轉(zhuǎn)為主流場(chǎng)速度提供動(dòng)力，流速不好控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、測(cè)試準(zhǔn)確的評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置及方法。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:包括支架、密封水箱、水池、步進(jìn)電機(jī)、扭矩信號(hào)耦合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸,密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號(hào)耦合器通過(guò)彈性模片聯(lián)軸器相連，步進(jìn)電機(jī)連接扭矩信號(hào)耦合器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一空心水軸旋轉(zhuǎn)，第一空心水軸通過(guò)配水環(huán)與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過(guò)第一管路相連通，水池與密封水箱通過(guò)第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體，通過(guò)第一空心水軸空轉(zhuǎn)和在第一空心水軸的端部安裝光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型、仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型旋轉(zhuǎn)從而測(cè)試仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的減阻性能。
[0007]本發(fā)明評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置還可以包括:
[0008]1、第一空心水軸上、配水環(huán)的上下兩側(cè)安裝動(dòng)密封裝置，配水環(huán)為空心結(jié)構(gòu)，第一空心水軸與配水環(huán)相連處為十字通孔結(jié)構(gòu)，來(lái)自水泵的水通過(guò)第二空心水軸進(jìn)入配水環(huán)，進(jìn)而通過(guò)十字通孔結(jié)構(gòu)進(jìn)入第一空心水軸。
[0009]2、當(dāng)?shù)谝豢招乃S的端部安裝仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型時(shí)，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型上安裝多孔射流器，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型即為在光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型上設(shè)置射流孔，來(lái)自水泵的水首先進(jìn)入多孔射流器，然后通過(guò)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的射流孔噴出。
[0010]3、多孔射流器里安裝柵格整流板。
[0011]4、第一管路上安裝溢流閥，第二空心水軸上安裝球閥和流量計(jì)。[0012]本發(fā)明評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)方法，其特征是:采用如下試驗(yàn)裝置:包括支架、密封水箱、水池、步進(jìn)電機(jī)、扭矩信號(hào)耦合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸，密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號(hào)耦合器通過(guò)彈性模片聯(lián)軸器相連，步進(jìn)電機(jī)連接扭矩信號(hào)耦合器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一空心水軸旋轉(zhuǎn)，第一空心水軸通過(guò)配水環(huán)與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過(guò)第一管路相連通，水池與密封水箱通過(guò)第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體，第一空心水軸空轉(zhuǎn)和在第一空心水軸的端部安裝光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型、仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)谝豢招乃S的端部安裝仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型時(shí)，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型上安裝多孔射流器，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型即為在光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型上設(shè)置射流孔，來(lái)自水泵的水首先進(jìn)入多孔射流器，然后通過(guò)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的射流孔噴出；
[0013](I)在第一空心水軸端部安裝光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型，步進(jìn)電機(jī)開始工作，帶動(dòng)光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型旋轉(zhuǎn)，測(cè)量光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型受到的總力矩，隨后將光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型拆除，測(cè)量空轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩，兩者之差就是光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型引起的摩擦力矩Ms;
[0014](2)將光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型替換為仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型，啟動(dòng)泵，通過(guò)調(diào)節(jié)球閥、溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)泵的出口壓力和流量計(jì)的流量，進(jìn)而控制射流孔的射流速度，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，保持在與步驟(1)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速相等采集此時(shí)的扭矩信號(hào)，此時(shí)測(cè)得的扭矩和步驟(1)空轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩之差就是該射流速度時(shí)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型引起的摩擦力矩Mj;
[0015](3)用減阻率DR來(lái)評(píng)價(jià)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的減阻效果:
【權(quán)利要求】
1.評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:包括支架、密封水箱、水池、步進(jìn)電機(jī)、扭矩信號(hào)稱合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸，密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號(hào)耦合器通過(guò)彈性模片聯(lián)軸器相連，步進(jìn)電機(jī)連接扭矩信號(hào)耦合器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一空心水軸旋轉(zhuǎn)，第一空心水軸通過(guò)配水環(huán)與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過(guò)第一管路相連通，水池與密封水箱通過(guò)第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體，通過(guò)第一空心水軸空轉(zhuǎn)和在第一空心水軸的端部安裝光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型、仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型旋轉(zhuǎn)從而測(cè)試仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的減阻性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:第一空心水軸上、配水環(huán)的上下兩側(cè)安裝動(dòng)密封裝置，配水環(huán)為空心結(jié)構(gòu)，第一空心水軸與配水環(huán)相連處為十字通孔結(jié)構(gòu)，來(lái)自水泵的水通過(guò)第二空心水軸進(jìn)入配水環(huán)，進(jìn)而通過(guò)十字通孔結(jié)構(gòu)進(jìn)入第一空心水軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:當(dāng)?shù)谝豢招乃S的端部安裝仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型時(shí)，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型上安裝多孔射流器，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型即為在光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型上設(shè)置射流孔，來(lái)自水泵的水首先進(jìn)入多孔射流器，然后通過(guò)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的射流孔噴出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:多孔射流器里安裝柵格整流板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:第一管路上安裝溢流閥，第二空心水軸上安裝球閥和流量計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:第一管路上安裝溢流閥，第二空心水軸上安裝球閥和流量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的評(píng)估仿生`射流表面減阻性能的試驗(yàn)裝置，其特征是:第一管路上安裝溢流閥，第二空心水軸上安裝球閥和流量計(jì)。
8.評(píng)估仿生射流表面減阻性能的試驗(yàn)方法，其特征是:采用如下試驗(yàn)裝置:包括支架、密封水箱、水池、步進(jìn)電機(jī)、扭矩信號(hào)稱合器、水泵、第一空心水軸、第二空心水軸，密封水箱和水池均安裝在支架里，第一空心水軸通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在密封水箱上，第一空心水軸與扭矩信號(hào)耦合器通過(guò)彈性模片聯(lián)軸器相連，步進(jìn)電機(jī)連接扭矩信號(hào)耦合器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一空心水軸旋轉(zhuǎn)，第一空心水軸通過(guò)配水環(huán)與第二空心水軸相連通，第二空心水軸連通水泵，水泵與水池通過(guò)第一管路相連通，水池與密封水箱通過(guò)第二管路相連通，密封水箱和水池里均充有液體，第一空心水軸空轉(zhuǎn)和在第一空心水軸的端部安裝光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型、仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)谝豢招乃S的端部安裝仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型時(shí)，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型上安裝多孔射流器，仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型即為在光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型上設(shè)置射流孔，來(lái)自水泵的水首先進(jìn)入多孔射流器，然后通過(guò)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的射流孔噴出； (I)在第一空心水軸端部安裝光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型，步進(jìn)電機(jī)開始工作，帶動(dòng)光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型旋轉(zhuǎn)，測(cè)量光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型受到的總力矩，隨后將光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型拆除，測(cè)量空轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩，兩者之差就是光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型引起的摩擦力矩Ms ; (2)將光滑表面旋轉(zhuǎn)圓盤測(cè)試模型替換為仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型，啟動(dòng)泵，通過(guò)調(diào)節(jié)球閥、溢流閥來(lái)調(diào)節(jié)泵的出口壓力和流量計(jì)的流量，進(jìn)而控制射流孔的射流速度，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，保持在與步驟(1)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速相等采集此時(shí)的扭矩信號(hào)，此時(shí)測(cè)得的扭矩和步驟(O空轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩之差就是該射流速度時(shí)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型引起的摩擦力矩Mj ； (3)用減阻率DR來(lái)評(píng)價(jià)仿生射流表面旋轉(zhuǎn)圓盤模型的減阻效果:
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK103776613SQ201410013055
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】趙剛, 李芳 , 劉維新, 孫壯志, 王晶晶, 畢紅石 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)